DE2451368A1 - Verfahren zur herstellung von ionisch vernetzten copolymeren - Google Patents
Verfahren zur herstellung von ionisch vernetzten copolymerenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von ionisch vernetzten Copolymeren.
Die USA-Patentschrift 3 404 134 erläutert ein Verfahren zur ionischen
Vernetzung von Copolymeren aus Carbonsäuren und cc-Olefinen,
bei welchem man einige der Carboxylgruppen mit einer Metallkationen liefernden Substanz neutralisiert. Wenn die Metallkationen
liefernde Substanz bei den Reaktionsbedingungen im wesentlichen unlöslich ist, führt man sie zweckmäßig in situ in ein lösliches
Material über, um die Umsetzung zu beschleunigen. Dies wird im · Falle von Metalloxiden, -hydroxiden und -carbonaten durch Zugabe
einer Säure, wie Essigsäure, erreicht.
In der USA-Patentschrift 3 649 578 ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von ionisch vernetzten Copolymeren beschrieben.
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ORIGINAL INSPECTS
-A.
Die Copolymeren weisen vorteilhaftere Eigenschaften auf, wie einen
geringeren aus dem Syntheseprozeß stammenden Restwassergehalt, entwickeln nicht die unangenehmen Gerüche, welche auftraten, wenn die
wasserunlösliche, Kationen liefernde Substanz mit z.B. Essigsäure wasserlöslich gemacht wurde, und enthalten keine weißen Flecken.
Während diese ionisch vernetzten Copolymeren von guter Qualität sind, erwies es sich bei einer Steigerung der Produktionsleistung als
notwendig, die Kationen liefernde Mischung mit Wasser oder Essigsäure zu aktivieren. Selbst bei Verwendung eines Aktivators konnten
im Endprodukt jedoch häufig nicht umgesetzte Metallsalze u.dgl., wie Zinkoxid, festgestellt werden.
Es wurde nunmehr ein Verfahren entwickelt, das ionisch vernetzte Copolymere liefert, welche die vorgenannten erwünschten Eigenschaften
auch bei erhöhter Produktionsleistung aufweisen. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur ionischen Vernetzung mindestens eines
ersten Copolymeren, welches durch Copolymerisation mindestens eines a-Olefins der nachstehenden allgemeinen Formel
RCH=CH2
in der R ein Wasserstoffatom oder einen Kohlenwasserstoffrest mit
1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, mit mindestens einer a,ß-äthylenisch
ungesättigten Carbonsäure mit 1 oder 2 Carboxylgruppen und 3 bis 8 Kohlenstoffatomen hergestellt wurde und mindestens 50 Mo 1-$
a-Olefineinheiten sowie 0,2 bis 25 Mol-# Einheiten der a,ß-äthylenisch,
ungesättigten Carbonsäure aufweist, wobei man das erste Copolymere
mit einem Kationen liefernden Gemisch, welches im wesentlichen aus 20 bis 80 Gew.-% einer im wesentlichen wasserunlöslichen
Zinkverbindung in Form von Zinkoxid, Zinkhydroxid, Zinkcarbonat
oder Mischungen davon, 0 bis 10 Gew.-/» eines Gleitmittels und einem ergänzenden Anteil (auf 100%) eines zweiten Copolymeren mit einem
Schmelzindex von 50 bis 2000 g/10 min, das durch Copolymerisation mindestens eines a-01efins der nachstehenden allgemeinen Formel
RCH=CHp
in der R ein Wasserstoffatom oder einen Kohlenwasserstoffrest mit ·
1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, mit mindestens einer a,ß-äthylenisch
ungesättigten Carbonsäure mit 1 oder 2 Carboxylgruppen und 3 bis 8 Kohlenstoffatomen hergestellt wurde und mindestens 50 Mol-%
_ 2 —
509818/1239
α-Olefineinheiten sowie 0,2 bis 25 Mol-$ Einheiten der cc,ß-äthylenisch
ungesättigten Carbonsäure aufweist, bei einem Druck von 7 bis 703 kp/cm (100 bis 10 000 psi) und bei einer Temperatur oberhalb
des Schmelzpunkts sowohl des ersten als auch des zweiten Copolymeren und zwischen 100 und 33O0C hergestellt wurde, wobei der
Anteil des Kationen liefernden Gemisches so bemessen ist, daß genügend Kationen zur Neutralisation von mindestens 10 % der Carboxylgruppen
im ersten und zweiten Copolymeren vorhanden sind, vermischt und mindestens 10 ft der im ersten und zweiten Copolymeren
vorhandenen Carboxylgruppen neutralisiert, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß während der Vernetzungsreaktion
0,5 bis 20 Gew.-$, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kationen
liefernden Gemisches, mindestens eines Zinksalzes einer flüchtigen organischen Säure zugegen sind.
Fig. 1A, 1B, 1C und 1D sind photo graphische Aufnahmen, welche zeigen,
wie stark die Anzahl der nicht umgesetzten Zinkoxidteilchen mit der Erhöhung des Zinkacetatprozentgehalts bei den Proben von
Beispiel 1 abnimmt.
Der Ausdruck "im wesentlichen bestehend aus ..." bedeutet, daß Arbeitsbedingungen oder Materialien, welche die Verwirklichung
der erfindungsgemäßen Vorteile nicht verhindern, nicht ausgeschlossen sein sollen. Die Bedeutung dieser Definition wird durch
den Ausdruck "ergänzender Anteil" nicht eingeschränkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in verschiedenen Vorrichtungsarten, beispielsweise in Extraktions-Extrudern oder Banbury-Mischern,
durchgeführt werden. Im allgemeinen wird das Verfahren in einem Extraktions-Extruder vorgenommen. Das Verfahren beinhaltet
gegebenenfalls die zusätzliche Stufe, daß man der Kombination des ersten Copolymeren und des Kationen liefernden Gemisches vor dem
,gegenseitigen Vermischen oder während dieses Vorgangs eine aktivierende
Flüssigkeit, z.B. Wasser, zusetzt.
Der bevorzugte Anteil der α-Olefineinheiten im ersten und zweiten
Copolymeren beträgt mindestens 80 Mol-$, der bevorzugte Anteil
— 3 —
Β098Ί 8/123S
der Einheiten der α,ß-äthylenisch ungesättigten Carbonsäure im
ersten und zweiten Copolymeren 1 bis 10 Mol-$. Das zweite Copolymere
besitzt vorzugsweise einen Schmelzindex von 100 bis 1000 g/ 10 min, während der Schmelzindex des ersten Copolymeren im allgemeinen
0,1 bis 1000 g/10 min beträgt. Der Schmelzindex wird gemäß der ASTM-Prüfnorm D 1238-65T bestimmt. Der untere Grenzwert des
Schmelzindexbereichs für das zweite Copolymere beruht darauf, daß das Kationen liefernde Gemisch keinen ausreichenden Schmelzfluß
besitzt, wenn das zweite Copolymere einen niedrigeren Schmelzindex als 50 g/10 min aufweist und bei der Herstellung des Kationen liefernden
Gemisches teilweise vernetzt wird.
Spezielle Beispiele für geeignete a-Olefine, von denen sich die betreffenden
Einheiten des ersten und zweiten Copolymeren ableiten, sind Äthylen, Propylen, Buten-1, Styrol, Penten-1, Hexen-1, Hepten-1,
3-Methyl-buten-1 und 4-Methylbuten-1. Beispiele für a,ß-
-äthylenisch ungesättigte Carbonsäuren, von welchen sich die betreffenden Einheiten des ersten und zweiten Copolymeren ableiten,
sind Acryl-, Methacryl-, Äthylacryl-, Itacon-, Malein- und Fumarsäure,
Dicarbonsäuremonoester, wie Äthylhydrogenfumarat, und Maleinsäureanhydrid.
Maleinsäureanhydrid sowie die Anhydride anderer
α,β-äthylenisch ungesättigter Säuren fallen im Rahmen der Erfindung
unter den Begriff "Säuren".
Die Herstellung des im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten ersten und zweiten Copolymeren erfolgt vorzugsweise durch Copolymerisation.
Zu ihrer Durchführung speist man die Monomeren gemeinsam mit einen radikalbildenden Polymerisationskatalysator'in ein
bei hohen Drücken (50 bis 3000 Atmosphären) und erhöhten Temperaturen (150 bis 3000C) gehaltenes Polymerisationssystem ein. In
diesem kann man ein inertes Lösungsmittel, wie Wasser oder Benzol, •verwenden. Die zufällige Verteilung (Random-Verteilung) der Carboxylgruppen
an allen Polymermolekülen wird am besten durch direkte Copolymerisation erzielt. Die speziellen Methoden zur Herstellung
von Copolymeren sind bekannt und werden im Schrifttum erläutert.
Das erste und zweite Copolymere können auch durch Aufpfropfen von
rj υ ■ Γ. / I : H
Einheiten einer α,β-äthylenisch ungesättigten Carbonsäure auf ein
Polyolefin oder durch Umwandlung eines Copolymeren aus einem Polyolefin und einem Carbonsäurederivat in die freie Säure hergestellt
werden.
Das Kationen liefernde Gemisch enthält vorzugsweise 30 bis 70 Gew.-^
der im wesentlichen wasserunlöslichen Zinkverbindung, 0 bis 2 Gew.-$
des Gleitmittels und als Rest das zweite Copolymere. Als im wesentlichen wasserunlösliche Zinkverbindungen dienen Zinkoxid, Zinkhydroxid,
Zinkcarbonat und Gemische dieser Verbindungen. Das Verfahren ist auch gangbar, wenn andere, im wesentlichen wasserunlösliche
Metallverbindungen, wie Calciumoxid, Calciumhydroxid, Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid oder Mischungen dieser Verbindungen, zusammen
mit den jhnen entsprechenden Salzen flüchtiger organischer Säuren vorhanden
sind. Die üblicherweise eingesetzten Gleitmittel sind Stearinsäure, ölsäure, Erucasäure, Linolsäure, Palmitinsäure sowie Metallsalze
dieser Säuren, wie Zinkstearat.
Das Kationen liefernde Gemisch kann dadurch hergestellt werden, daß man seine Bestandteile an einem Walzenstuhl oder in einem Banbury-Mischer
bei einer Temperatur oberhalb des Kristallschmelzpunkts des zweiten Copolymeren vermischt. Man kann auch andere bekannte
Mischmethoden anwenden.
Durch die Gegenwart von 0,5 bis 20 Gew.-$ (vorzugsweise 2 bis 8
Gew.-^), bezogen auf das Gesamtgewicht des Kationen liefernden
Gemisches, mindestens eines Zinksalzes einer flüchtigen organischen Säure wird ein verbessertes Verfahren zur Herstellung ionisch
vernetzter Copolymerer geschaffen. Das Vorhandensein des Salzes einer flüchtigen organischen Säure, wie von Zinkformiat, Zinkacetat
oder Zinkpropionat, macht den Zusatz von Essigsäure und/oder V/asser zum Reaktionsgemisch entbehrlich, verringert die Schwankung
des Polymer-Schmelzindex und gewährleistet eine bessere Kontrolle der Extrudertemperaturen. Das erzielte Produkt enthält kein nicht-
-umgesetztes Zinkoxid, und der Anteil an flüchtigen Substanzen wird herabgesetzt. Das Salz der flüchtigen organischen Säure wird
im allgemeinen als Bestandteil eines eine wasserunlösliche Zink-
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-ft.
oxidverbindung enthaltenden Konzentrats zugesetzt; die Zugabe kann
jedoch auch in anderer Weise erfolgen, vorausgesetzt, daß das Salz während der gesamten Umsetzung zugegen ist.
Beim ersten und zweiten Copolymeren muß es sich nicht um Zweikomponent en-
-Polymere handeln. Obwohl der Olefingehalt der Copolymeren mindestens 50 Mo1-$ betragen soll, kann somit mehr als ein Olefin zur
Erzielung des KohlenwasserstoffCharakters des Copolymeren eingesetzt
werden. Man kann kauch mehr als eine a,ß-äthylenisch ungesättigte
Carbonsäure verwenden. Ferner' kann ein beliebiges drittes copolymerisierbares Monomeres in Kombination mit dem Olefin und dem
Carbonsäure-Comonomer eingesetzt werden. Bevorzugte Termonomere
sind solche von Vinylestern und Acrylaten, wie Alkylacrylaten und
-methacrylaten mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen, z.B. Methylmethacrylat
und Äthylacrylat. Beispiele für Polymere, welche erfindungsgemäß
als erstes und zweites Copolymeres verwendet werden können, sind Äthylen/Acrylsäure-Copolymere, Äthylen/Methacrylsäure-Copolymere,
Äthylen/ltaconsäure-Copolymere, Äthylen/Methylhydrogenmaleinat-Cοpolymere,
Äthylen/Maleinsäure-Copolymere, Äthylen/Acrylsäure/Methylmethacrylat-Copolymere,
Äthylen/Methacrylsäure/Methylmethacrylat-Copolymere,
Äthylen/ltaconsäure/Methylmethacrylat-Copolymere,
Äthylen/Methylhydrogenmaleinat/Äthylacrylat-Copolymere,
Äthylen/Acrylsäure/Vinylalkohol-Copolymere, Äthylen/Propylen/Acrylsäure-Copolymere,
Äthylen/Styrol/Acrylsäure-Copolymere, Äthylen/ Methacrylsäure/lsobutylacrylat-Copolymere, Äthylen/Methacrylsäure/
Acrylnitril-Copolymere, Äthylen/Pumarsäure/Vinylmethyläther-Copolymere,
Äthylen/Vinylchlorid/Acrylsäure-Copolymere, Äthylen/Vinylidenchlorid/Acrylsäure-Copolymere,
Äthylen/Chlortrifluoräthylen/ Methacrylsäure-Copolymere, Äthylen/Methacrylsäure/Acrylsäure-Copolymere
und Äthylen/Methacrylsäure/Maleinsäureanhydrid-Copolymere.
Die Copolymeren können auch nach der Polymerisation, jedoch vor der ionischen Vernetzung, durch verschiedene Umsetzungen weiter
zu die Vernetzung nicht störenden modifizierten Polymeren abgewandelt werden. Ein Beispiel für eine solche Modifizierung ist
die Halogenierung des Copolymeren.
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Audi Gemische eines Copolymeren aus a-Olefinen und a,ß-äthylenisch
ungesättigten Carbonsäuren mit anderen Copolymeren aus a-01efinen und a,ß-äthylenisch ungesättigten Verbindungen oder
mit anderen Kohlenwasserstoffpolymeren können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vernetzt werden.
Der Ausdruck "im wesentlichen wasserunlösliche Zink- und Metallverbindungen"
bezieht sich hier auf derartige Verbindungen, welche bei Raumtemperatur (d.h. etwa 200C) eine Wasserlöslichkeit von weniger
als 1 g/100 ml aufweisen.
Der eingesetzte Anteil des Kationen liefernden Gemisches hängt vom
Vernetzungsgrad ab, der dazu notwendig ist, das gewünschte Ausmaß an Änderungen der Eigenschaften im festen und geschmolzenen Zustand
zu erreichen. Generell wurde festgestellt, daß die Konzentration
des Kationen liefernden Gemisches zumindest dafür ausreichen soll, daß genügend Kationen zur Neutralisation von mindestens 10 i» der
im ersten und zweiten Copolymeren vorhandenen Carboxyl- bzw. Carbonsäuregruppen zur Verfügung stehen, wenn eine deutliche Eigenschaft
sänderung erzielt werden soll. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, 10 bis 90 fo der Säuregruppen zu neutralisieren.
Das Verfahren kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt
werden. Der bevorzugte Druckbereich für das Verfahren- beträgt
70 bis 281 kp/cm (1000 bis 4000 psi), der bevorzugte Temperaturbereich
200 bis 3000C.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene vernetzte Copolymere
eignet sich zur Folienerzeugung sowie als Schaumstoff für Isolierzwecke.
Die nachstehenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie jedoch zu beschränken. Sämtliche Teil- und Pro ζentangaben beziehen
sich auf das Gewicht, sofern es nicht anders angegeben ist. In den Beispielen wird die prozentuale Trübung nach der ASTM-Prüfnorm
D 1003-61 (Methode A) bestimmt.
5 f.
Die InfrarotbeStimmung der prozentualen Neutralisation wird wie
folgt durchgeführt:
Man bestimmt den Logarithmus des Verhältnisses der IR-Absorption
der Carboxylatanionen (1580 cm") zur IR-AbsorptLon der Carboxylgruppen (1700 an" )
als Punktion des prozentualen Anteils der neutralisierten Säuregruppen
eines Äthylen/Methacrylsäure-Copolymeren. Die einem vorgegebenen
Verhältnis entsprechenden prozentualen Neutralisationswerte werden nach Standard-Titrationsmethoden· bestimmt.
Eine trockene Mischung von Pellets eines Äthylen/Methacrylsäure- -Copolymeren und Pellets des in Tabelle I angeführten Kationen
liefernden Gemisches (Anteile vgl. Tabelle I) wird in die Einlaßöffnung eines 5,08 cm(2 in)-Plastizierungsextruders (L/D =21 : 1)
mit einem Durchsatz von 9,07 kg (20 lbs)/Std. eingespeist. Im Extruder herrschen folgende Temperaturen:
Beschickungszone = 120 C Verdichtungszone = 170 C Homogenisierungszone = I90 C
Form . = 2000C
Das Polymere wird zu Strängen extrudiert, welche nach Abkühlen in Wasser zu Pellets verarbeitet werden.
Die vollständige Umsetzung des Zinkoxids und Zinkacetats mit den Säuregruppen des Polymeren wird dadurch verhindert, daß man eine
kurze Mischzone (L/D = etwa 4:1) und eine kurze Verweilzeit (etwa 2 Minuten) anwendet und die Umsetzungsprodukte (Essigsäure und V/asser)
nicht extrahiert. Dadurch wird ein Vergleich des mit jeder Probe erzielten Aktivitätsgrads ermöglicht. Tabelle I zeigt die
speziellen Arbeitsbedingungen und die Ergebnisse. Als zweckmäßigste Methode zur Unterscheidung der Reaktivität der verschiedenen
Konzentrate erweist sich die visuelle Untersuchung. Fig. 1A bis 1D
stellen photographische Aufnahmen von aus den Proben 1 bis 4 hergestellten
1,78 mm(70 mils)-Tafeln dar. Die Aufnahmen veranschaulichen die Abnahme der Zahl der nicht umgesetzten Zinkoxidteilchen
mit der Erhöhung des Zinkacetatprozentgehalts des Konzentrats.
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AD-4741
Methacrylsäure-
-Copolymeres
-Copolymeres
Z inko xidkonzentrat
Produkt
■Μ Schmelzihdex, . des Gemisch,
11
11
11
11
45 # Zinkoxid 3,56 0,6 $ Zinkstearat
54,4 <fo A/MAS*),
42,5 °/° Zinkoxid 3,66 0,6 $ Zinkstearat
2,5 f° Zinkacetat
54.4 <fo A/MAS*)
40 f Zinkoxid 3,8 0,6 <fo Zinkst earat
5 io Zinkacetat
54.5 1° A/MAS*)
37,5 1° Zinkoxid 3,93 0,6 i° Zinkst earat
7,5 Io Zinkacetat 54,4 <f0 A/MAS*)
Kationen liefern- Zahl der Teilchen/
..... «·....^ ...,. cnf(jn^)
Qt78mm-Tafe]n)
1225 (190)
Trübung,
(1,78m
(1,78m
prozentuale
Neutralisation***)
(bestimmt durch IR)
Neutralisation***)
(bestimmt durch IR)
645 (100)
387 ( 60)
161 ( 25)
50
37
30
25
17
25
28
24
*) A/MAS: Äthylen/Methacrylsäure(90:10)-Copolymeres mit einem Schmelzindex von 500.
**)Die Schmelzindices der Produkte sind nicht angeführt, da sie auf grund des Plastizierungseffektes
des Reaktionswassers keinen Aussagewert haben.
***)Theoretische Neutralisation nach vollständiger Umsetzung = 31 i° (die IR-Methode besitzt nicht die
zur Unterscheidung zwischen Konzentraten mit verschiedenen Zinkacetatanteilen genügende Genauigkeit)
.
AD-4741 2 A 513 6 8
Beispiel 2
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, wobei jedoch Zinkformiat
anstelle von Zinkacetat als Katalysator für die Neutralisation verwendet wird.
Tabelle II zeigt die speziellen Arbeitsbedingungen und die Ergebnisse.
Die Wirksamkeit der Konzentrate wird durch visuelle Untersuchung bestimmt. Die Zahl der nicht umgesetzten Zinkoxidteilchen
an 1,78mm(70 mil)-Tafeln der Proben 1 bis 3 verringert sich in
entsprechender Weise wie bei der Aktivierung mit Zinkacetat (vgl. Fig. 1A bis 1D).
entsprechender Weise wie bei der Aktivierung mit Zinkacetat (vgl. Fig. 1A bis 1D).
- 10 -
509818/1238
AD-4741
II
Methacrylsäure-
-Copolymerea
-Copolymerea
Zinkoxidkonzentrat
Produkt**)
Schmelzindex,
ft/10 min Zusammensetzung Gew. -
ft/10 min Zusammensetzung Gew. -
Katalanen lie- prozentuale ferndesGemisch Neutralisation***)
_; (bestimmt durch IR)
11
11
11
42,5 $> Zinkoxid 3,64 0,6 <fo Zinkstearat
2,5 1o Zinkformiat
54,4 fo Ä/MAS*)
40 $ Zinkoxid 3,75 0,6 $ Zinkstearat
5 i° Zinkformiat 54,4 1o Ä/MAS*)
37,5 1o Zinkoxid 3,84
0,6 io Zinkstearat . 7,5 <f° Zinkformiat
54,4 °/0 Ä/MAS*)
23
21
21
einige kleine weiße Teilchen (weniger als bei Beispiel 1,
Probe 1, welche kein Zinkformdst
oder -acetat enthält)
wenige kleine weiße Teilchen (weniger als bei der obigen Probe 1)
sehr wenige kleine weiße Teilchen (weniger als bei der obigen Probe 2)
*) Ä/MAS: A'thylen/Methacrylsäure(90:10)-C ο polymeres mit einem Schmelzindex von 50.0.
**) Die Schmelzindicesder Produkte sind nicht angeführt, da sie aufgrund des Plastizierungseffektea
des Reaktionswassers keinen Aussagewert haben.
***)Theoretische Neutralisation nach vollständiger Umsetzung = 31 i° (die IR-Methode besitzt nicht die zur Unterscheidung zwischen Konzentraten mit verschiedenen Zinkformiatanteilen genügende
***)Theoretische Neutralisation nach vollständiger Umsetzung = 31 i° (die IR-Methode besitzt nicht die zur Unterscheidung zwischen Konzentraten mit verschiedenen Zinkformiatanteilen genügende
Genauigkeit).
- 11 -
In die Einlaßöffnung eines 8,89 cm(3,5 in)-Plastizierungsextruders
wird eine trockene Mischung von Pellets eines Äthylen/Methacrylsäu-Te/lsobutylacrylat-Terpolymeren
und Pellets des in Tabelle III angeführten Kationen liefernden Gemisches (Anteile vgl. Tabelle III)
mit einem Durchsatz von 31,75 kg (70 lbs)/std. eingespeist. Im Extruder werden die Polymerpellets geschmolzen und gemeinsam mit dem
Kationen liefernden Gemisch in die Mischzone übergeführt. Die am Anfang der Schnecke befindliche Plastizierungszone besitzt eine dem
siebenfachen Durchmesser entsprechende Länge und wird bei einer Temperatur von etwa 12O0C gehalten. Am Einlaß der Mischzone wird
eine aktivierende Flüssigkeit (fakultativ) durch eine durch die Zylinderwand hindurchführende Düse in die Schmelze"eingespritzt. Die
Mischzone gehört dem in der USA-Patentschrift 3 006 029 beschriebenen Typ an und weist eine dem dreizehnfachen Durchmesser entsprechende
Länge auf. In der bei einer Temperatur von 240 bis 2800C gehaltenen
Mischzone setzt sich das Kationen liefernde Gemisch mit der Polymerschmelze um, wobei die Säuregruppen des Polymeren neutralisiert
werden und ein lösliches Salz entsteht.
Am Ende der Mischzone wird das Gemisch aus ionisch vernetztem Terpolymerem
und den Reaktionsnebenprodukten durch ein Druckregelventil und eine Transportleitung in einen Extraktions-Extruder mit
einem Durchmesser von 5?08 cm (2 in) übergeführt. Vor dem Ventil
weist die Masse eine Temperatur von etwa 265 C auf, während der Druck 98,4 kp/cm (I4OO psi) beträgt« Der Extruder weist zwei nacheinander angeordnete Extraktionszonen auf, deren Länge jeweils etwa
dem vierfachen Durchmesser entspricht ο Die erste Extraktionszone
wird bei einem Druck von 685,8 mm (27 in) Hg, die zweite bei einem
Druck von 711,2 mm (28 in) Hg gehalten. Die Temperatur der Schmelze wird im Bereich von 250 bis 2600C gehalten» In der Extraktionszone
werden die flüchtigen Bestandteile aus dem geschmolzenen, ionisch vernetzten Terpolymeren entfernt. Das Polymere wird durch eine Form
in Form von Strängen extrudiert, welche in Wasser gekühlt und zu Pellets geschnitten werden. Die speziellen Arbeitsbedingungen sowie
die Ergebnisse sind aus Tabelle III ersichtlich.
- 12 -
509818/Ί238
AD-4741
III
Schmelz- Kationen liefern- Anteil» % Schmelz-
Gew.-$ Gew.-$ index, des Gemisch, (bezogenauf index,
Probes Säure Ester g/10 min Zusammensetzung Gew.-"/ο Art
45 fo Zinkoxid 5,1 0,6 fo Zinkst earat
54,4 f0 Ä/MAS*)
45 fo Zinkoxid
0,6 fo Zinkst earat 54,4 fo Ä/MAS*)
42 fo Zinkoxid 3 fo Zinkacetat
0,6 fo Z inks te ar at 54,4 fo Ä/MAS*)
42 fo Zinkoxid
3 fo Zinkformiat 0,6 fo Zinkst earat 54,4 fo Ä/MAS*)
dac I
) r/10 min Bemerkungen
5,8 18
5,8 18
5,8 18
5,8 18
keiner - 3,52
5,1 Essigsäure**) 0,75***) 5,25 Wasser O,56T) 2,20
5,1 Essigsäure**) 0,75***) 5,25 Wasser O,56T) 2,20
5,23 keiner
2,25
Produkt weiß vom nicht umgesetzten Zinkoxid
Produkt klar
Produkt klar
Produkt klar
*) Ä/MAS: Äthylen/MethacrylsäureCgO:10)-Copolymeres mit einem Schmelzindex von 500;
**) 40prozentige wäßrige Lösung;
***)Zur Erzielung einer klaren Schmelze erforderliche Mindestmenge; 0,75 f° entspricht 3000 ppm
Essigsäure (plus 4500 ppm H2O);
+) 1033 ppm aus dem Zinkacetat gebildete Essigsäure (34 # der in Probe 2 zugesetzten Menge);
+) 1033 ppm aus dem Zinkacetat gebildete Essigsäure (34 # der in Probe 2 zugesetzten Menge);
935
aus dem Zinkformiat gebildete Ameisensäure.
-
In die Einfüllöffnung eines Plastizierungsextruders wird eine
trockene Mischung aus Pellets eines Äthylen/Methacrylsäure-Copolymeren
und Pellets des in Tabelle IV angeführten Kationen liefernden Gemisches (Anteile vgl. Tabelle IV) eingespeist. Die am Anfang
der Schnecke befindliche Plastizierungszone besitzt eine dem siebenfachen Durchmesser entsprechende Länge und wird bei einer Temperatur
von etwa 120 C gehalten. Am Einlaß der Mischzone wird eine aktivierende Flüssigkeit (fakultativ) mittels eines Einspritzringes
in die Schmelze eingespritzt. Die Mischzone gehört dem in der USA-Patentschrift 3 006 02Q beschriebenen Typ an und weist eine
dem I3fachen Durchmesser entsprechende Länge auf. In der bei einer
Temperatur von 240 bis 2800C gehaltenen Mischzone setzt sich das
Kationen liefernde Gemisch mit der Polymerschmelze um, wobei die Säuregruppen des Polymeren neutralisiert werden und ein lösliches
Salz entsteht.
Am Ende der Mischzone wird die Mischung aus ionisch vernetzten!
Copolymerem und Reaktionsnebenprodukten durch ein Druckregelventil und eine Transportleitung in einen Extraktions-Extruder übergeführt.
Die Masse weist vor dem Ventil eine Temperatur von etwa 265 C auf,
während der Druck 105,5 kp/cm (1500 psi) beträgt. Der Extruder besitzt zwei nacheinander angeordnete Extraktionszonen, deren Länge
jeweils dem Vierfachen des Durchmessers entspricht. Die erste Extraktionszone wird bei einem Druck von 685 f 8 mm (27 in) Hg, die
zweite bei einem Druck von 711,2 mm (28 in) Hg gehalten. Die Temperatur
der Schmelze wird im Bereich von 250 bis 260 C gehalten. In der Extraktionszone werden die flüchtigen Bestandteile aus dem geschmolzenen,
ionisch vernetzten Copolymeren entfernt. Das Polymere wird durch eine Form in den Hohlraum einer Schmelz schneidvorrichtung
extrudiert, wo es zu Pellets verarbeitet wird. Die speziellen Arbeitsbedingungen sowie die Ergebnisse sind aus Tabelle IV ersichtlich.
-H-
50381 8/1238
AD-4741
IV
Methacrylsäure- -C οpolymeres
Zinkoxidkonzentrat Löslichmacher
Produkt
ffi SchmeJyriTTdex,
Probe Säure g/10 min
Kationen lieferndes Gemisch, Zusammensetzung Gew. -jo
Anteil, fo Schmelz-
(bezogen auf ind ex,
das Polymere g/10 min Bemerkungen
10
10
10
35 35 35
45 1° Zinkoxid 7,5 0,6 fo Zinkstearat
54,4 1° Ä/EAS*)
45 i° Zinkoxid 7,5 0,6 ?ζ ZJLnkstearat
54,4 Io Ä/MAS*)
42 io Zinkoxid 7,8 3 io Zinkacetat
0,6 % Zinkstearat 54,4 f
keiner
Essigsäure**) 3
keiner
1,5 Produkt weiß vom
nicht umgesetzten Zinkoxid
nicht umgesetzten Zinkoxid
1,1 Produkt klar
1,1 Produkt klar
*) Ä/MAS: Äthylen/MethacrylsäureCSJO: 10)-Copolymeres mit einem Schmelzindex von 500;
**) 30prozentige wäßrige Lösung (Mindestmenge zur Erzielung eines klaren Produkts);
*·**)gebildete Essigsäuremenge = 17 $ der bei der Probe 2 zugesetzten Menge.
Claims (9)
1. Verfahren zur ionischen Vernetzung mindestens eines ersten Copolymeren,
welches durch Copolymerisation mindestens eines a-Olefins der nachstehenden allgemeinen Formel
RCH=CH2
in der R ein Wasserstoffatom oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 Ms 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, mit mindestens einer
α,ß-äthylenisch ungesättigten Carbonsäure mit 1 oder 2 Carboxylgruppen und 3 bis 8 Kohlenstoffatomen hergestellt wurde und mindestens
50 Mol-$ a-Olefineinheiten sowie 0,2 bis 25 Mol-$ Einheiten
der a,ß-äthylenisch ungesättigten Carbonsäure aufweist,
wobei man das erste Copolymere mit einem Kationen liefernden Gemisch, welches im wesentlichen aus 20 bis 80 Gew.-^ einer im
wesentlichen wasserunlöslichen Zinkverbindung in Form von Zink- · oxid, Zinkhydroxid, Zinkcarbonat oder Mischungen davon, 0 bis
10 Gew.-fo eines Gleitmittels und einem ergänzenden Anteil eines
zweiten Copolymeren mit einem Schmelzindex von 50 bis 2000 g/ 10 min, das durch Copolymerisation mindestens eines a-01efins
der nachstehenden allgemeinen Formel
RCH=CHp
in der R ein Wasserstoffatom oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, mit mindestens einer
α,.β-äthylenisch ungesättigten Carbonsäure mit 1 oder 2 Carboxylgruppen
und 3 bis 8 Kohlenstoffatomen hergestellt wurde und mindestens 50 Mol-$ a-01efine.inheiten sowie 0,2 bis 25 Mol-$
Einheiten der a,ß-äthylenisch ungesättigten Carbonsäure auf-,
weist, bei einem Druck von 7 bis 703 kp/cm2 (100 bis 10 000 psi) und bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts sowohl des ersten
als auch des zweiten Copolymeren und zwischen 100 und 330 C hergestellt wurde, wobei der Anteil des Kationen liefernden Gemisches
so bemessen ist, daß genügend Kationen zur Neutralisation von mindestens 10 f>
der Carboxylgruppen im ersten und zweiten Copolymeren vorhanden sind, vermischt und mindestens 10 fo
der im ersten und zweiten Copolymeren vorhandenen Carboxylgruppen neutralisiert, dadurch gekennzeich-
- 16 -
50 98 18V 1:2 3-8
net, daß während, der Vernetzungsreaktion 0,5 bis 20
bezogen auf das Gesamtgewicht des Kationen liefernden Gemisches, mindestens eines Zinksalzes einer flüchtigen organischen Säure
zugegen sind.
bezogen auf das Gesamtgewicht des Kationen liefernden Gemisches, mindestens eines Zinksalzes einer flüchtigen organischen Säure
zugegen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinksalz
einer flüchtigen organischen Säure Zinkformiat ist.
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinksalz
einer flüchtigen organischen Säure Zinkacetat ist«
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
im wesentlichen wasserunlösliche Zinkverbindung Zinkoxid ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gleitmittel Stearinsäure, Ölsäure, Erucasäure, Linolsäur'e, PaI-mitinsäüre
oder ein Metallsalz dieser Säuren ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Kationen liefernde Gemisch 30 bis 70 Gew.-^ der im wesentlichen
wasserunlöslichen Zinkverbindung, 0 bis 2 Gew.-^ Gleitmittel und eine ergänzende Menge des zweiten Copblymeren enthält.
wasserunlöslichen Zinkverbindung, 0 bis 2 Gew.-^ Gleitmittel und eine ergänzende Menge des zweiten Copblymeren enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 10
bis 90 fa der Carboxylgruppen des ersten und zweiten Copolymer en
neutralisiert werden.
bis 90 fa der Carboxylgruppen des ersten und zweiten Copolymer en
neutralisiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Anteil des ersten und zweiten Copolymeren an ct-Olefineinheiten
mindestens 80 Mol-$ und der Anteil des ersten und zweiten Copolymeren an'Einheiten der α,ß-äthylenisch ungesättigten Carbonsäure 1 bis 10 Mol-56 betragen.
mindestens 80 Mol-$ und der Anteil des ersten und zweiten Copolymeren an'Einheiten der α,ß-äthylenisch ungesättigten Carbonsäure 1 bis 10 Mol-56 betragen.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druck 70 bis 281 kp/cm2 (1000 bis 4000 psi) und die Temperatur
200 bis 3000C betragen. ■ -:..■-■:
200 bis 3000C betragen. ■ -:..■-■:
- 17'-
9-8;-ί"8·/Ί-2 3 8
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